Материал: Ракетные твердые топлива. Ракетные двигатели на твердом топливе

Будущие разработки. Улучшение совершенства твердых ракетных топлив XLDB может быть достигнуто за счет замещения инертных полимеров энергетическими продуктами, сохраняя, если возможно, одни и те же свойства. Процесс синтеза состоит, вообще, в прививке химических групп с энергоемкими характеристиками на цепи сложных или простых полиэфиров таких групп, как азидная, нитратная, нитраминная, фторнитратная и т.д.

4.3.4. Энергетические пластификаторы

Энергетические пластификаторы, используемые в массовом производстве, являютсявосновномнитратамиполиспиртов(табл. 4.2).

Среди этих нитроэфиров наиболее широко используется нитроглицерин, из-за его высоких значений теплотворной способности (Qа) и плотности. Его недостатки (высокое давление паров, которое довольно значительно при 50 °С, чувствительность к ме-

147

148

Таблица 4 . 2

Характеристики нитроэфиров

148

Разработка твердых ракетных топлив XLDB или НЕПЕ с высокими концентрациями пластификаторов, состав которых сильно отличается от состава двухосновных твердых ракетных топлив, требует выбрать нитроэфир, наилучшим образом отвечающий всем требованиям, кроме энергетического аспекта. Критериями выбора должны быть:

химическая и термическая стабильность;

летучесть;

склонность к миграции;

производственная стоимость;

взрывчатые свойства (например, в случае механических воздействий);

физическая и химическая совместимость с различными компонентами топлива.

И, наконец, основные усилия должны быть направлены на синтез новых энергетических пластификаторов, чтобы исправить некоторые нежелательные характеристики существующих в настоящее время нитроэфиров. Например, проверяется ряд веществ, содержа-

щих нитро–(R NO2), азидные (R–N3) и фторнитратные группы.

4.3.5. Инертные пластификаторы

Пластификаторы, вводимые в перспективные энергетические топлива, подобны тем пластификаторам, которые используются в литьевых двухосновных твердых ракетных топливах. Они выполняют, в частности, те же самые функции: улучшение технологических свойств и/или некоторых функциональных свойств топлив (баллистических, механических, обеспечение безопасности).

Наиболее известными пластификаторами являются сложные эфиры:

Триацетат глицерина (или триацетин)

CH2 — CH — CH2 | | |

OCOCH3 OCOCH3 OCOCH3

149

н-алкиладипинаты

RO — C — CH2 n — C — OR

R CH3 , C2H5 , ..., C8H17

н-алкилфталаты

— COOR

— COOR

R C2H5 , C4H9 , ..., C8H17

4.3.6. Отверждающие агенты

Поперечная сшивка отверждающими агентами необходима:

для топлив, содержащих сильно пластифицированную нитроцеллюлозу с трехмерной полимерной сеткой, цепи которой удерживаются связями с низкой энергией (вандерваальсовы силы, водородная связь), вытягиваемыми избыточным пластификатором;

для гидроксилсодержащих форполимеров, используемых

всильно пластифицированной среде; эти форполимеры являются обычно жидкими при смешении (глобальный процесс).

Отверждающие агенты подбираются таким образом, чтобы они могли реагировать с определенными функциональными группами полимеров или форполимеров и могли создать трехмерную сетку, которая будет обеспечивать когезию отвержденного топлива и в результате улучшать механические свойства.

Полиизоцианаты широко используются в топливах с энергетическими связующими. Диизоцианаты достаточно хорошо обеспечивают пространственную когезию нитроцеллюлозы. В случае диольных форполимеров эта когезия может гарантироваться либо системой триол – диизоцианат, либо полиизоцианатом, имеющим функциональность более 2. В табл. 4.3 представлены некоторые полиизоцианаты, широко используемыеприпроизводствепоперечносшитыхтоплив.

150

Плотность поперечной сшивки, которая влияет на механические свойства конечного топлива, регулируется:

соотношением NCO/OH, которое выражает зависимости между числом доступных изоцианатных функциональных групп

ичислом гидроксильных (спиртовых) функциональных групп;

соотношением (–ОН–триола–ОН–диола) в случае диольных форполимеров, включающих систему диизоцианат–триол;

природой и количеством катализатора при поперечной сшивке.

Для конкретного состава в определенной среде (температура, скорость перемешивания) кинетика поперечного сшивания зависит от природы полиизоцианата. Ее можно, однако, регулировать добавлением катализаторов. Амины с сильной основностью, такие как триэтаноламин, часто используемый в производстве полиуретанов, противопоказаны энергетическим связующим из-за их сильной химической несовместимости с нитроэфирами.

Модификаторы скорости горения, особенно на основе свинца, также оказывают каталитический эффект при поперечном сшивании, более или менее выраженный в зависимости от их природы

(например, PbO, PbO2).

4.3.7. Наполнители

Повысить совершенство твердого ракетного топлива на основе энергетических связующих можно путем включения наполнителей (окислителей или смеси окислителей и горючих). Макси-

151